模拟电子线路(模电)基本放大器静态动态分析(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本放大电路,1 放大电路的组成及技术指标,2 放大电路的分析方法,3 放大电路的稳定偏置,4 各种基本组态放大电路的分析与比较,5 放大电路的频率响应,1,一.放大的基本概念,基本放大电路由一个三极管与相应元件组成的,基本组态,放大电路。,1.放大电路用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,共发射极、共集电极、共基极、共源极、共漏极,2,放大对象：,主要放大,微弱,、变化,的信号（交流小信号），使U,O,或I,O,、P,O,得到放大！,放大实质,：能量的转换直流能转为,交流能,三极管换能器,3,放大器的组成原则：,直流偏置电路,（即直流通路）要保证器件工作,在放大模式。,交流通路,要保证信号能正常传输，即有输入信,号,v,i,时，应有,v,o,输出。,判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。,元件参数的选择,要保证信号能不失真地放大。,即电路需提供合适的,Q,点及足够的放大倍数。,4,二.放大电路的组成及工作原理,(1)共发射极组态基本放大电路的组成,(2)静态和动态,(3)直流通路和交流通路,(4)放大原理,5,三 极 管,VT,负载电阻,R,C、,R,L,偏置电路,V,CC,、,R,B,耦合电容,C,1,、C,2,(1)共发射极组态基本放大电路的组成,起放大作用,将变化的电流转换为电压输出,提供直流偏置,隔直（流）通交（流）,6,(2)静态和动态,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流路和交流通路,。,动态是目的,静态是保证(不失真!),时，放大电路的工作状态，也称,直流工作状态,时，放大电路的工作状态，也称,交流工作状态,静态,动态,7,直流通路,直流量传递的途径,（耦合电容开路）,交流通路,交流量传递的途径,（直流电源和耦合电容短路）,(3)直流通路和交流通路,8,(4)放大原理,三极管放大作用,变化的 通过 转变为,变化的输出,9,三.放大电路的主要技术指标,(1)放大倍数,(2)输入电阻,R,i,(3)输出电阻,R,o,(4)通,频带BW,10,(1)放大倍数,放大：输出信号的电压和电流幅度得到放大，所以输出功率也会有所放大,放大倍数有：,电压放大倍数、电流放大倍数,和,功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。,11,放大倍数定义,电压放大倍数,电流放大倍数,源电压放大倍数,源电流放大倍数,功率放大倍数,12,(2)输入电阻,R,i,输入电阻：,表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，,R,i,越,大放大电路从信号源吸取的电流越小,13,(3)输出电阻,R,o,输出电阻：,表明放大电路带负载的能力，,R,o,越大表明放大电路带负载的能力越差,14,也通过放大电路的负载特性曲线求,R,o,实验法,R,o,=,U,o,/,I,o,=(,U,o,U,o,)/,I,o,=(,U,o,U,o,),R,L,/,U,o,=(,U,o,/,U,o,),1,R,L,注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。,15,(4)通频带BW,f,L,称为下限截止频率，,f,H,称为上限截止频率,。,放大电路的增益,A,(,f,)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当,A,(,f,)下降到中频电压放大倍数,A,0,的 1/时,，即,16,放大电路的分析方法,1 放大电路的静态分析,2 放大电路的动态分析,17,一.放大电路的静态分析,分析对象：,静态工作点,(,I,BQ,、,I,CQ,和,U,CEQ,),Q（Quiescent),分析方法：,一、计算法,二、图解分析法,分析路径：,直流通路,18,偏置电路,设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。,对偏置电路的要求,提供合适的,Q,点，保证器件工作在放大模式。,例如：偏置电路须保证三极管,E,结正偏、,C,结反偏。,当环境温度等因素变化时，能稳定电路的,Q,点,。,例如：温度升高，三极管参数,、,I,CBO,、,V,BE(on),而这些参数的变化将直接引起,Q,点发生变化。,当,Q,点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。,19,一、计算法,直流通路,画法：C断开,I,BQ,、,I,CQ,和,U,CEQ,这些量代表的工作状态称为,静态工作点,，,用,Q,表示。,20,二、图解法,直流负载线,21,1.由直流负载列出方程,u,CE,=,V,CC,i,C,R,c,2.在输出特性曲线上确定,两个特殊点,即可,画出直流负载线。,直流负载线的确定方法,：,V,CC 、,V,CC,/,R,c,3.在输入回路列方程式,u,BE,=,V,CC,i,B,R,b,4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两,线的交点即是,Q,。,5.得到,Q,点的参数,I,BQ,、,I,CQ,和,U,CEQ,。,22,二.放大电路的动态分析,分析对象：,分析方法：,一、图解分析法,二、微变等效电路法,分析路径：,交流通路,23,交流通路,画法：,直流电源和C 对交流相当于短路,u,o,u,ce,R,L,i,c,（R,L,R,L,R,C）,交流负载线,斜率,：1/,R,L,特点,：过,Q,点,U,AB,R,L,I,CQ,24,交流负载线的横截距为 ，由横截距和,Q,点就可方便地,画出交流负载线,。,由图还可求出放大器的最大不失真输出电压。所谓不失,真，是指,u,o,的正、负半周完全对称，由图可见，,u,o,的正半周,最大值为 ，,u,o,的负半周最大值为 。,因此,放大器的最大不失真输出电压为,而当 时，放大器有最大不失真,输出电压，这就,要求,Q,点近似位于交流负载线的中心。,25,一、图解法,u,i,u,BE,i,B,i,C,u,CE,|-u,o,|,1、交直流迭加,2、,u,o,与,u,i,相位相反,3、非线性失真：,饱和失真、截止失真,结论：,4、最大不失真输出幅度,26,27,28,波形的失真,饱和失真,截止失真,放大电路工作到三极管的饱和区而引起,的非线性失真。,对于NPN管，输出电压表现为底部失真,放大电路工作到三极管的截止区而引起,的非线性失真。,对于NPN管，输出电压表现为顶部失真,*最大不失真输出幅度,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,29,放大电路的最大不失真输出幅度,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点,Q,要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,2.要有合适的交流负载线,。,30,图解法,确定静态工作点,(,方法同前,),。,画交流负载线,。,画波形,，,分析性能,。,过Q点,、作,斜率为,-,1/,R,L,的直线即交流负载线,。,其中,R,L,=,R,C,/,R,L,分析步骤:,图解法直观、实用，容易看出,Q,点设置是否合适，波形是否产生失真但不适合分析含有电抗元件的复杂电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。,31,例,输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。,t,v,BE,0,Q,v,BE,i,B,0,i,C,v,CE,0,Q,t,i,B,I,BQ,i,C,t,I,CQ,t,v,CE,0,-,1/,R,L,V,CEQ,i,b,v,i,+,-,i,B,V,BB,i,C,V,CC,R,B,R,C,+,-,v,BE,+,-,v,CE,+,-,+,-,R,L,C,1,C,2,32,Q,i,C,t,I,CQ,t,v,CE,0,V,CEQ,i,b,Q,点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。,Q,点波动对输出波形的影响：,Q,点升高不失真动态范围减小，输出易饱和失真。,Q,点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。,Q,i,b,i,b,i,C,v,CE,0,Q,33,Q点位置与波形失真：,Q,点过,低,，,v,O,负,半周易,截止,失真,。,PNP,管,Q,点过,高,，,v,O,正,半周易,饱和,失真,。,Q,点过,低,，,v,O,正,半周易,截止,失真,。,NPN,管,Q,点过,高,，,v,O,负,半周易,饱和,失真,。,由于,PNP,管电压极性与,NPN,管相反，故横轴,v,CE,可改为-,v,CE,。,消除饱和失真,降低Q点,:,增大,R,B,，,减小,I,BQ,减小,R,C,:,负载线变徒,输出动态范围增加。消除截止失真,升高,Q,点:减小,R,B,，,增大,I,BQ,34,失真波形分析思路：,1，由NPN管构成共射组态电路，输出信号波形出现顶部失真。表明三极管集电极电压到达可能的最大值，即电源电压V,CC,。此时集电极电阻R,C,中没有电流流过，表明三极管工作在截止状态。所以顶部失真为截止失真。,由三极管输出特性曲线可知，出现截止失真表明电路工作点设置过低，即I,CQ,较小引起。消除截止失真可提高工作点电流 I,CQ,，电路上可减小基极偏置电阻R,B,，I,BQ,=(V,CC,-U,BEQ,)/R,B,增大，I,CQ,=,I,BQ,+I,CEQ,也增大，可清除截止失真。,35,失真波形分析思路2，,如输出波形表明集电极电位已降到可能的最低电位，即饱和压降U,CES,，所以此时失真为饱和失真。,饱和失真是由于三极管静态工作点设置偏高引起，可增大R,B,使I,BQ,减小，从而使I,CQ,变小，来消除饱和失真。,3，注意：PNP管输出波形失真性质与NPN恰好相反。自己分析！,36,下图中示出了放大电路及其输入、输出波形，若要使,0,波形不失真，则（）,A：R,C,增大 B：R,B,增大 C：V,CC,减小 D：,i,增大,B,37,二、微变等效电路法,（1）模型的建立,（2）共射电路的动态分析,38,三极管的微变等效电路,三极管各极电压和电流的变化关系，在较大范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号情况下，信号只是,在静态工作点附近小范围变化，,三极管特性可看成是近似线性的，可用一个线性电路来代替，这个线性电路就称为三极管的微变等效电路。,微：Q附近小范围内,变：变化量,39,晶体管微变等效电路,1.输入端等效,低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：,式中，,I,E,为射极静态电流,。,40,pn结方程：,对于三极管，,41,2.输出端等效,互相平行、间隔均匀，且与,u,轴线平行。当,u,为常数时，从输出端c、e极看，三极管就成了一个受控电流源，,42,晶体三极管及微变等效,（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效,43,（2）共射电路的动态分析,微变等效电路的画法交流计算,44,三极管用简化模型代替,微变等效电路的画法,画出交流通路画,45,交流计算,3)输出电阻,2)输入电阻,1)电压放大倍数,r,be,=200+(1+,)26,mV/,I,E,4)源电压放大倍数,46,47,48,49,例,已知,I,CQ,=1mA,=100,v,i,=20sin,t(mV),试画出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算,v,o,。,v,i,r,b,e,i,b,i,b,i,c,R,B,+,-,R,C,R,L,v,o,+,-,v,i,i,b,i,c,R,B,R,C,+,-,R,L,+,-,v,o,v,i,+,-,i,B,V,BB,i,C,V,CC,R,B,R,C,R,L,C,1,C,2,5k,50,1，放大器的输入电阻反映放大器,向信号源索取电流的大小 ，,而输出电阻反映出放大器的,带负载,能力。,2，只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（）,51,讨论一,画图示电路的直流通路和交流通路,。,52,讨论二,1、在什么参数、如何变化时,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,？,2、从输出电压上看，哪个,Q,点下最易产生截止失真？哪个,Q,点下最易产生饱和失真？哪个,Q,点下,U,om,最大？,3、设计放大电路时，应根据什么选择,V,CC,？,53,讨论三,2、空载和带载两种情况下,U,om,分别为多少？,3、在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？,已知,I,CQ,2mA，,U,CES,0.7V。,1、在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载情况呢？,54,讨论四,：,基本共射放大电路的静态分析,Q,I,BQ,35A,U,BEQ,0.65V,为什么用图解法求解,I,BQ,和,U,BEQ,？,55,讨论四,：,基本共射放大电路的动态分析,56,讨论五,：,阻容耦合共射放大电路的静态分析,为什么可忽略？,57,讨论五,：,阻容耦合共射放大电路的动态分析,58,